Volgens een theorie die concurreert met de relativiteitstheorie zouden de schaduwen van zwarte gaten veel groter moeten zijn dan gedacht.

De meeste natuurkundigen gaan ervan uit dat donkere materie bestaat uit nog niet waargenomen deeltjes. Maar misschien kan een theorie die de zwaartekracht anders beschrijft dan Einsteins algemene relativiteitstheorie het probleem wel oplossen zonder deze nieuwe deeltjes. Toekomstige waarnemingen aan grote zwarte gaten kunnen een belangrijk hart onder de riem vormen voor een zo’n theorie: Modified Gravity.

MoND en MOG

In KIJK 4/2015 schreven we over verschillende alternatieven voor Einsteins algemene relativiteitstheorie, onze huidige beschrijving van de zwaartekracht. Een van de mogelijkheden die de revue passeerden, was MoND, een aangepaste versie van de aloude, Newtoniaanse zwaartekrachtswetten. Deze theorie werd in de jaren tachtig geïntroduceerd als verklaring voor donkere materie: het feit dat het overgrote deel van het universum lijkt te bestaan uit een vorm van materie die we nog niet hebben kunnen waarnemen.

Echt aangeslagen is MoND nooit, onder andere omdat de theorie niet álle verschijningsvormen van donkere materie kan verklaren. Toch brachten verschillende natuurkundigen aangepaste versies naar buiten. Zoals John Moffat (Perimeter Institute, Canada), die kwam met een theorie die hij simpelweg Modified Gravity (MOG) noemt. En deze theorie zou wél al het huidige bewijs voor donkere materie kunnen verklaren zonder daarvoor nieuwe deeltjes in het leven te hoeven roepen.

Zwarte schaduw

De grote vraag is dan alleen: kan Moffat zijn theorie staven met experimenten? Allereerst moeten, als hij gelijk heeft, de vele experimenten die momenteel zoeken naar donkere materie in de vorm van nieuwe deeltjes allemaal niets opleveren. Maar als dat gebeurt, zegt dat natuurlijk nog niet dat Moffat wél op het goede spoor zit.

Gelukkig lijkt er nog een andere test te zijn, zo schrijft Moffat in een nieuw artikel: grote zwarte gaten. Deze exotische objecten zou je namelijk moeten zien als een donkere, zwarte schijf; de zogenoemde schaduw van het gat. En als MOG klopt, zou die schaduw zo’n tien keer groter moeten zijn dan je zou verwachten op grond van de algemene relativiteitstheorie.

Probleem is alleen dat we zo’n schaduw nog nooit in het echt hebben gezien; alleen in films als Interstellar (zie boven). En daarom weten we dus ook nog niet of het formaat netjes klopt met Einsteins theorie, of zo groot is dat we Moffats alternatief serieuzer moeten gaan nemen.

Event Horizon Telescope

Maar daar kan binnenkort verandering in komen. Sterrenkundigen zijn namelijk van plan om een groot aantal telescopen op aarde aan elkaar te koppelen, om zo samen het zwarte gat in het centrum van ons sterrenstelsel de Melkweg te bestuderen. Deze Event Horizon Telescope of EHT, zoals hij wordt genoemd, zou ons dan ook kunnen vertellen hoe groot de schaduw van het betreffende zwarte gat is.

Of daarmee het pleit ook echt kan worden beslecht, is niet helemaal duidelijk. Op haar weblog schrijft natuurkundige Sabine Hossenfelder dat ze er niet zeker van is of de metingen die EHT gaat doen wel precies genoeg zijn om Einstein of Moffat gelijk te geven. Bovendien schrijft Moffat aan het eind van zijn artikel nog even in één zinnetje dat zijn berekeningen “misschien niet van toepassing zijn op de sterke zwaartekrachtsvelden rond zwarte gaten [zoals dat in het hart van de Melkweg]”. Oftewel: stel dat het zwarte gat zich netjes aan de relativiteitstheorie houdt, dan is het maar de vraag of Moffat zich gewonnen geeft. In plaats daarvan kan hij zich ook verschuilen achter de claim dat zijn theorie blijkbaar bij zo’n zwart gat niet opgaat – maar nog steeds kan kloppen voor andere, nog niet in kaart gebrachte zwarte gaten.

Maar goed: mocht de EHT constateren dat het superzware gat in de Melkweg inderdaad een veel grotere schaduw heeft dan verwacht, dan kan dat wel een belangrijke indicatie zijn dat Moffat iets op het spoor is. We wachten geduldig af.

Lees hier meer over de plannen voor de Event Horizon Telescope.

Bronnen: European Physics Journal C, Backreaction